Charakterystyka materiałów magnetostrykcyjnych

1. Materiały magnetostrykcyjne

2. Magnetostrykcja Magnetostrykcja jest samoistną właściwością materiału magnetycznego, dlatego też nie ulega degradacji. Polega na zmianie liniowych wymiarów materiałów w efekcie zmiany jego namagnesowania. Wynika ona z magnetycznego sprzężenia momentu spinowego i orbitalnego elektronów. W materiałach dużej anizotropii magnetokrystalicznej moment orbitalny jest dodatkowo sprzężony z siecią krystaliczną materiału.

3. Magnetostrykcja Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego moment spinowy podąża za jego kierunkiem, ciągnąc za sobą wektor momentu orbitalnego. Ten z kolei jest sprzężony z siecią krystaliczną, co spotyka duży opór materiału. Przy odpowiednio dużych polach magnetycznych stanowi to przyczynę odkształcenia sieci, czyli magnetostrykcji.

4. Efekt magnetomechaniczny W materiałach wykazujących takie właściwości, zmiana energii mechanicznej odkształcenia sprężystego w magnetyczna przejawia się zmianą namagnesowania w wyniku jednoosiowego naprężenia. Ten magnetomechaniczny efekt, zwany również efektem Villariego, jest zjawiskiem odwrotnym w stosunku do zjawiska magnetostrykcji

5. Zjawiska W materiałach magnetostrykcyjnych występuje wiele innych użytecznych zjawisk, jak np. efekt zmiany modułu Younga, proporcjonalny do zmiany pola magnetycznego, zjawisko Widemanna - spiralnego namagnesowania w pierścieniach magnetycznych, w przypadku superpozycji namagnesowań prostopadłego i równoległego do jego osi, efekt Birkhausena - skokowy wzrost namagnesowania.

6. Magnetostrykcja Zjawisko magnetostrykcji odkrył J.P. Joule w 1842 roku dla żelaza. Magnetostrykcję wykazują nikiel, kobalt oraz ich stopy, jest ona rzędu . Najnowsze stopy osiągają wartości 60 razy większe, rzędu . Przełom w opracowaniu nowych materiałów zostało dokonany w 1963 roku, gdy A.E. Clark zastosował pierwiastki ziem rzadkich Tb i Dy. Dało to początek nowej grupie materiałów- materiałów gigantycznej magnetostrykcji.

7. Materiały gigantycznej magnetostrykcji Wykazują one magnetostrykcję rzędu . Modyfikacja składu chemicznego, przez dodanie innych pierwiastków, pozwoliła przesunąć punkt Curie w obszar temperatur pokojowych. Stopy te jednak na początku cechowała duża anizotropia magnetokrystaliczna, co wymagało stosowania dużych pól magnetycznych. W obecnych materiałach, materiałach których Tb częściowo zastąpił Dy, parametry te polepszyły się.

8. Materiały gigantycznej magnetostrykcji Materiały gigantycznej magnetostrykcji charakteryzują się liniową magnetostrykcję rzędu 0,2% i mogą przenosić obciążenia 500-600 MPa. W odróżnieniu od materiałów tradycyjnych również ich czas odpowiedzi na sygnał magnetyczny jest bardzo krótki, rzędu sekundy. Inne zalety tych materiałów to mała impedancja i możliwość bezkontaktowego dostarczania energii. Są one jednak podatne na korozję.

9. Produkcja Materiały magnetostrykcyjne można otrzymywać wieloma metodami. Jedna z nich to kosztochłonna metoda kierunkowej krystalizacji. Polega ona na topieniu stopu w tyglu ceramicznym, a następnie wlewaniu go, przez otwór w dnie, do nagrzanej formy. Materiały te można również wytwarzać metodą metalurgii proszków. Technika ta pozwala na masową produkcję małych wyrobów o skomplikowanych kształtach. W końcowym etapie stosuje się procesów obróbki mechanicznej.

10. Zastosowanie Materiały magnetostrykcyjne wykorzystywane są jako aktuatory i sensory, m.in. w sonarach, czujnikach sejsmicznych, zaworach hydraulicznych układów wtrysku paliwa, pompach hydraulicznych, lustrach o zmiennej geometrii, urządzeniach do odgazowywania przy wulkanizacji gumy, przemysłowym myciu ultradźwiękowym, sensorach ruchu, siły i pola magnetycznego. Rys. 1 Sensor

11. Zastosowanie Główną wadą stosowania jest konieczność użycia cewki i obwodu magnetycznego, co powiększa rozmiary urządzenia i obniża konkurencyjność w stosunku do materiałów piezoelektrycznych i elektrostrykcyjnych. Wykorzystywane są one więc głównie tam, gdzie są wymagane duże odkształcenia i siły, a gabaryty odgrywają mniejszą rolę. Rys. 2 Stoisko aktuatory sensory na targach Automaticon 2010

12. Zastosowanie Przykładem wykorzystywania materiałów magnetostrykcyjnych jako sensora jest czujnik drgań. Wykorzystuje on materiał pod postacią prętów otoczonych cewkami pomiarowymi. Występuje tu zjawisko generowania zmiennego napięcia elektrycznego w cewkach pomiarowych pod wpływem pola magnetycznego, wywołanego przez naprężenia w doznającym drgań materiale. Rys. 4 Czujnik drgań.

13. Zastosowanie Materiał magnetostrykcyjny rozszerzający się i kurczący cyklicznie, w połączeniu w tłokiem, stosowano do budowy pompy, do pompowania bardzo małych objętości cieczy. Mogą one również tłumić drgania, np. w konstrukcjach lotniczych lub je wywoływać, np. dla potrzeb generowania ultradźwięków, w zastosowaniach do narzędzi chirurgicznych lub urządzeń akustycznych.

14. Sprawdź swoją wiedzę file:///C:/Users/Justynka/Desktop/magnetostrykcyjne.htm